《圆坯连铸机自动浇注故障及其解决方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《圆坯连铸机自动浇注故障及其解决方案（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 圆坯连铸机自动浇注故障及其解决方案 宋振雷SONG Zhen-lei（江阴兴澄特种钢铁有限公司，江阴 214400）1 概述分厂圆坯连铸机于2009 年6 月投产，由中冶京诚负责整台连铸机的工厂设计及供电、传动、自动化的基本、详细设计以及供货调试。圆坯连铸机设计为三机三流，由于在现代炼钢企业中，连铸工艺已经占主导地位，多数炼钢企业都是以连铸工艺为核心，在连续浇注工艺过程中，为保证连铸机的正常稳定的浇注，必须时刻控制结晶器内的钢水液面，使结晶器内的钢水液面保持在设定的高度范围内。结晶器内的钢水液面一般设定为几个厘米，仅凭连铸浇钢工的肉眼来观察结晶器内的钢水液面高度，手动调节塞棒开度和拉浇速度，
2、很容易造成漏钢事故和影响产品的内、外部质量，因此采用结晶器钢水液面自动控制是连铸工艺生产的必然方向。鉴于此，圆坯连铸机每流结晶器钢水液面自动浇注控制系统都是完整而独立的自动控制系统，通过以太网与各自铸流进行通讯以完成数据交换，该系统由上海沪邑智能科技有限公司负责设计及供货，液面检测方式采用涡流型：涡流传感器中的电磁信号在结晶器钢水表面产生涡电流，涡电流强度随结晶器钢水表面与涡流传感器的距离而变化，传感器测得此信号发送给主机，主机根据强度来读取液面高度；控制系统采用西门子S7-300PLC 和科尔摩根S600 伺服驱动器实现结晶器钢水液面自动浇注控制；执行系统采用上海沪邑智能科技有限公司自主研发
3、的SEA803-011 型电动机构。投用以来一直稳定运行，浇注率达到99%，波动范围小于1.5mm。2 存在问题自动浇注过程中液面突然下降；液面下降的同时塞棒开度持续上升。如图1。图1 液面突然下降，黑线；塞棒开度连续上升，灰线近期在连铸生产的初期，当钢水液面自动浇注刚刚投入正常，液面已经完全稳定时，一、二流钢水液面频繁出现突然下降，并且是塞棒设定开度和塞棒实际开度完全吻合的情况下出现的，塞棒跟随性完全正常；紧接着后来还发生了钢水液面突然下降的同时伴随着塞棒开度持续上升的现象，这两种自动浇注异常导致铸坯挑坯降级、报废、浇次炉数减少、生产被迫中断等，严重影响了生产计划的正常进行，生产连续的不可预
4、测性对排产者、生产工人以及设备维护各专业人员都造成了极大的心理影响及负担，为了迅速找出异常产生的原因，及时扭转对生产造成的不利影响，特成立临时公关组分析、解决近期一、二流频繁出现的液面自动浇注异常问题。3 初步问题分析及对应的日常检查、处理工作第一流在本浇次浇注初期就出现了液面无任何预兆的突然下坠：也就是在正常的浇注生产过程中，实际液面突然出现较大幅度偏离（小于）设定液面的情况。经过查看液面曲线分析，发现塞棒实际开度跟随设定开度无任何异常。接下来中间包快换的一个浇次，第一流、第二流液面控制投入自动后不久，钢水液面也出现了不同程度的液面下坠，同时伴随着塞棒开度不断增大的现象。经过初步分析，围绕上
5、述问题，总结并制订了具体确认事项，对自动浇注日常影响因素的工作明细进行一一排除及确认，具体确认工作内容如表1。表1 初步确认的工作明细经过对第一、二流液面自动浇注控制系统上述工作的现场确认及完善复核后，一、二流液面自动浇注仍不能完全正常使用，生产操作人员重复地在液面手动浇注和自动浇注模式之间来回切换，尽最大可能地维持生产，保证塞棒开度在液面自动浇注控制系统允许的开度范围之内，长浇次的生产还是无法正常进行，为了攻克掉这个难题，只有从液面自动浇注控制系统的设计理念中找出解决问题的思路和方法。4 系统介绍及异常、故障产生的主要原因和机理结晶器钢水液位塞棒自动控制系统，设备上主要由三大部分组成：检测系
6、统、控制系统和执行系统，这三大部分是整个液位塞棒控制系统的核心。这三个核心部分中任何一个系统不稳定都会导致结晶器液位控制系统的内部失衡，而且导致的情形往往比较严重。与此同时，系统外的一些因素，如拉矫机、引锭杆、钢水流动性、中包耐材砌筑、中间包烘烤、塞棒的结瘤冲刷等等，也会对系统造成扰动冲击，从而造成钢水液面波动。从本质上来说，真实的结晶器钢水液面波动就是进、出结晶器的钢水量没有达到平衡，即进入结晶器的钢水量离开结晶器的钢水量。分厂结晶器钢水液面自动浇注控制系统的控制原理框图及硬件配置如图2。图2 自动浇注控制原理框图及硬件配置根据结晶器液面自动控制系统的控制原理，基于上述两种现象：针对液面突然
7、下降，按照正常的生产工艺流程和设备运行逻辑及管理经验分析，一般只有在连铸开浇冷启动的情况下，由于引锭杆本身的连接结构、拉矫机上下辊液压压力系统作用在引锭杆的压力的波动，或者中间包本身的耐材砌筑异常等原因才会导致该现象，但是这种现象不会像本文中描述的产生这么早、快，这么频次高，一般在正常生产初期、中期，铸坯还没有和引锭杆脱离的情况下，才会发生液面无任何预兆的突然下坠。像这种个别的、钢水液面出现突然下降的情况本身就很少出现，即使出现钢水液面波动的情况，钢水实际的液面波动也是双向的，即钢水实际液面是围绕钢水设定液面上下波动的，出现单方向这么大的钢水液面低于钢水设定液面现象很少见，除非作用在拉矫机引锭
8、杆的压力猛然向下，同时又有较大压力波动的情况才会出现钢水液面突然下降，或者是由于引锭头、引锭杆过渡段经过某台拉矫机，引锭杆引起该台拉矫机的速度产生变化，致使力矩突变而导致的，但经过回查拉矫机引锭杆的压力和拉矫机的力矩变化曲线，拉矫机实际压力和力矩平稳，并没有任何波动。针对液面下降的同时伴随着塞棒开度持续上升的现象，在有些情况下的某些钢种，由于钢水纯净度原因和在自动浇注的后期，在拉速不变的情况下，由于塞棒头上粘结了一定的氧化物造成进入结晶器的钢水量离开结晶器的钢水量，会造成塞棒开度不断打开，造成持续上升的现象，但这种情况也不会这么早、这么快地出现，即使出现这种现象也是三流同时发生，可以通过塞棒的
9、结瘤冲刷和后面的钢水质量改善来杜绝。因此，经过系统分析以及与现场各专业论证，已排除结晶器、二冷室内异常，排除拉矫机本体驱动、引锭杆异常、拉矫机上辊压力波动、辊道顶坯、钢水质量、塞棒的结瘤等因素；检查更换塞棒控制系统的接地、驱动器、标定及更换涡流传感器等，仍然没有太多改善，这样已排除了塞棒自动控制系统之检测部分的异常。因此只有另查原因，希望从塞棒自动控制系统的控制和执行部分找到问题的蛛丝马迹。通过对电动机构内部构造的解体查看（图3），分析塞棒自动控制系统塞棒开度的算法，两者结合：塞棒自动控制系统投入后，结晶钢水实际液面是每时每刻按照塞棒自动控制系统的要求围绕钢水设定液面上下波动，简单地说，在拉速
10、没有变化的情况下，当某时刻实际液面上升有高于设定液面的趋势时，塞棒控制PLC 发出命令让伺服驱动器控制电机向关闭塞棒的方向运动，同时也发出命令让电动机构内部的离合器得电吸合，以达到跟随电机转动驱使塞棒本体向下动作关小中间包塞棒水口的目的，来维持结晶器内钢水液面的最小变化，与此同时，安装在电机尾部的旋转变压器的数据回馈参与塞棒控制PLC 中塞棒开度变小的计算，这些动作、计算理论上都是瞬时、满效率、不丢数据的情况下实现的。当某时刻实际液面下降有低于设定液面的趋势时，塞棒控制的动作及计算机理如上所述同理。综合此次发生的情况分析：之所以结晶器钢水液面出现不同程度的液面下坠，同时伴随着塞棒开度不断增大的
11、现象，只有在电动机构内部的离合器的动作异常时，才有可能造成该次结晶器钢水液面自动浇注控制系统的异常现象。图3 电动机构的内部构造5 解决方案及实施检查所有电动机构内部的离合器的状态，接线是否有异常、线路是否老化、离合器间隙是否符合规范要求、磨损是否超标等等。检查离合器的供电及控制，离合器的供电电源有无异常、自动浇注PLC 对离合器控制的输出到中间继电器的元器件及线路是否异常等。该浇次后，组织设备人员对自动浇注塞棒控制系统的电源供电进行分析：每流自动浇注控制柜内2 台中包车的塞棒控制系统电源原设计使用同一电源，当其中一台中包车浇注时，另一台中包车在塞棒测试时可能会对正在浇注的电动机构形成干扰；现
12、场操作箱输入输出信号共用其中一流的电源也对另外两流自动浇注产生影响。改造后，将中包车每一流的塞棒控制系统电源独立改造，彼此互不影响；将现场操作箱输入输出信号的电源也完全独立，避免各流间互相影响。更换每一流自动浇注PLC 柜至车上离合器的供电电缆、车上相关离合器至电动机构本体插头电缆等。跟踪电动机构的输出轴的长度变化，在输出轴上做记号，验证PLC 计算的塞棒开度和电动机构输出轴的变化情况，结论是：PLC 计算出的理论值大于电动机构输出轴的实际变化量。6 方案实施效果及验证经过上述处理后，第一流、第二流的液面自动浇注恢复正常。后经过逐步恢复解决方案中电缆及插头，确认是离合器供电电源性能老化引起。为
13、了避免同样问题产生，更换第三流液面自动浇注PLC 电动机构离合器的供电电源。根据设备寿命管理要求，经过定期更换相关电气设备元器件和材料后，分厂圆坯连铸机液面自动控制系统经过一年的运行跟踪，结晶器钢水液面自动浇注控制系统整体状态完全正常，存在的液面自动浇注异常问题得到了圆满的解决，自动浇注液面实际效果如图4。图4 液面曲线完好，塞棒开度稳定7 结束语结晶器钢水液面自动浇注控制系统处理问题的方法最终是通过利用专业的电气知识，结合存在的异常现象，通过确认控制逻辑和设备内部构造的分析判断，很快地找出了故障点，费用投入低，减轻了检修工人的劳动强度，处理速度快，将生产损失降低到了最小。虽然这次设备异常确认是由于电动机构离合器的供电电源老化引起的故障并进行了更换，但是随着设备使用年限的增加，设备老化将越来越严重，设备定期更换势在必行，必须分批分次做好设备定期更换，保证设备的整体状态和功能完好。 -全文完-
